火焰中含有等离子体吗

这个问题的答案比大多数人意识到的要复杂. 有些火焰确实含有等离子体，有些火焰则不含. 正确回答这个问题, 我们真的必须首先严格定义我们的意思 “等离子体”. 等离子体的教科书定义是电离气体. “电离气体” 意味着一些电子已完全从构成气体的原子中剥离出来. 有效自由的电子带负电，产生的电离原子最终带正电. 一个 “离子” 是具有不相等数量的电子和质子的原子. 这个定义是一个很好的起点, 但不够准确. 每一个 气体包含一些离子和自由电子, 然而并非所有气体都是等离子体. 必须在某个截止点处，气体中有足够的离子，它开始像等离子体一样起作用.

像等离子一样行动是什么意思? 等离子体是一种电离气体，可反射无线电波等低频电磁波. 在更基本的层面上描述, 等离子体屏蔽电场. 等离子体之所以能够做到这一点，是因为足够多的带负电的电子和带正电的离子是局部自由的，并且能够在远距离内相互结合, 集体方式. 离子和电子的集体行为意味着它们能够对入射电场做出强烈反应并移动以抵消这些电场. 因此, 等离子体的更严格定义是一种气体，其中有足够的自由电子和离子，它们可以共同作用. 外部电场可以到达带电粒子云的距离的特征是 “德拜长度”. 被电离的原子越多, 电荷的集体振荡越强, 并且德拜长度越小. 因此，等离子体的最严格定义是具有足够电离的电离气体，使得德拜长度明显小于气体云的宽度.

在火焰中, 空气原子发生电离是因为温度高到足以使原子相互碰撞并剥离电子. 因此, 在火焰中, 电离量取决于温度. (其他机制可能导致电离. 例如, 在闪电中, 强电流引起电离. 在电离层, 阳光引起电离。) 底线是火焰只有在足够热的情况下才会变成等离子体. 较低温度的火焰不包含足够的电离来成为等离子体. 另一方面, 更高温度的火焰确实包含足够的自由电子和离子以充当等离子体.

例如, 一支日常的蜡烛有一个火焰，其燃烧的最高温度为 1,500 摄氏度, 太低而不能产生很多离子. 因此，蜡烛火焰不是等离子体. 请注意，我们在火焰中看到的鲜艳的红-橙-黄色并不是由等离子火焰产生的. 宁, 这些颜色是由未完全燃烧的燃料颗粒发出的 (“煤烟”) 热得像电烤面包机一样发光. 如果你将足够的氧气泵入火焰中, 燃烧完成，红橙黄色火焰消失. 考虑到这一点, 应该清楚的是，蜡烛火焰即使不是等离子体也会发光. 与蜡烛火焰相比, 某些乙炔燃烧混合物可以达到 3,100 摄氏度, 相关的德拜长度为 0.01 毫米, 根据等离子体科学联盟. 因此，这种火焰是等离子体 (只要火焰远大于 0.01 毫米, 通常是这种情况). 其他火焰, 包括篝火的火焰, 丙烷炉, 和打火机, 温度介于这两个极端之间, 因此可能是也可能不是等离子. 日常火焰，例如燃烧木材, 木炭, 汽油, 丙烷, 或天然气通常不够热，无法像等离子体一样发挥作用.

信用:HTTPS://wtamu.edu/~cbaird/sq/2014/05/28/do-flames-contain-plasma/